Windows CE.Net下的矩陣鍵盤(pán)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

　　引言

　　隨著現(xiàn)代科技日新月異的發(fā)展，作為新興產(chǎn)業(yè)的嵌入式移動(dòng)信息設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣。這些嵌入式設(shè)備中的PDA以其體積小、重量輕、便于攜帶、功能強(qiáng)大、功耗低等特點(diǎn)而備受青睞。鍵盤(pán)作為一種最為普通的輸入工具在PDA上顯得尤為重要。PDA因其體積小、功能專(zhuān)一等特點(diǎn)決定了它的鍵盤(pán)不大可能采用普通PC機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，因而大多數(shù)PDA采用鍵數(shù)相對(duì)較少的矩陣鍵盤(pán)。矩陣鍵盤(pán)設(shè)計(jì)也是多種多樣，有外接鍵盤(pán)管理芯片設(shè)計(jì)的，如采用CH452、UR5HCSPI等芯片；有外接普通單片機(jī)設(shè)計(jì)的，如采用8051、2051等單片機(jī)；也有不采用任何外圍芯片直接與CPU的I/O口相連設(shè)計(jì)的。本文介紹一種在Windows CE.Net操作系統(tǒng)下，直接與CPU的I/O口相連的矩陣鍵盤(pán)的硬件設(shè)計(jì)方案，以及相應(yīng)的流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方案。

　　1  Windows CE.Net介紹

　　Windows CE是Microsoft公司專(zhuān)門(mén)為信息設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、嵌入式應(yīng)用等非PC領(lǐng)域而全新設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略性嵌入式操作系統(tǒng)。Windows CE的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：模塊化以及可伸縮性、實(shí)時(shí)性能好、通信能力強(qiáng)、支持多種CPU[1]。

　　Windows CE.Net是Windows CE 3.0的后續(xù)產(chǎn)品，它不僅是一個(gè)功能強(qiáng)大的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)，而且提供了眾多強(qiáng)大工具，允許用戶(hù)利用它快速開(kāi)發(fā)出下一代的智能化小體積連接設(shè)備。借助于完善的操作系統(tǒng)功能和開(kāi)發(fā)工具，Windows CE.Net提供了構(gòu)建、調(diào)試和部署基于Windows CE.Net的定制設(shè)備所需的一切特性。

　　Windows CE.Net的最大好處是具有可定制性。當(dāng)它自帶的驅(qū)動(dòng)程序不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求時(shí)，需要用戶(hù)自己編寫(xiě)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。Windows CE.Net的開(kāi)發(fā)工具Platform Builder就可以完成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)。

　　2  矩陣鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)

　　嵌入式設(shè)備上的鍵盤(pán)作為一種輸入工具，有著極其重要的作用；然而受設(shè)備本身體積影響，鍵盤(pán)設(shè)計(jì)大多數(shù)采用20個(gè)左右的鍵值（0—9數(shù)字鍵、上下左右方向鍵、確定取消鍵以及輸入法切換鍵ALT、TAB，具體視應(yīng)用而定）。這里采用4×5的矩陣鍵盤(pán)設(shè)計(jì)，即4行5列。把這些矩陣鍵盤(pán)的行和列直接與CPU的I/O口相連，可以充分利用CPU的I/O口資源，降低硬件和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)難度，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在一定程度上降低設(shè)備的生產(chǎn)成本。采用矩陣式鍵盤(pán)設(shè)計(jì)還可以最大限度地節(jié)省CPU的I/O口資源。這里用到了CPU的9個(gè)I/O口，其中4個(gè)I/O口作為中斷I/O口。為了使I/O口的初始輸入狀態(tài)為高電平，需要在與鍵盤(pán)相連的每個(gè)I/O口上接起初始化電平作用的上拉電阻（100 kΩ）。上拉電阻的阻值根據(jù)I/O口端口的電流值來(lái)確定。如果相鄰I/O口的布線(xiàn)過(guò)近，相鄰I/O口的電平跳變可能會(huì)相互影響，導(dǎo)致掃描按鍵不準(zhǔn)確，這時(shí)就需要在每個(gè)I/O口上接一個(gè)濾波電容到地，減少串?dāng)_。支持Windows CE.Net操作系統(tǒng)的CPU有很多種，比較常見(jiàn)的有三星公司的S3C2440、2410 ARM芯片和Intel公司的PXA255、270 ARM芯片，這里的CPU芯片采用的是PXA255。不同CPU之間，矩陣鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)相同。矩陣鍵盤(pán)硬件設(shè)計(jì)電路原理如圖1所示。

　　          圖1  矩陣鍵盤(pán)（4×5）電路原理

　　3  矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　3.1  矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)策略

　　Windows CE.Net中的驅(qū)動(dòng)可分為兩種模式：本機(jī)驅(qū)動(dòng)模式和流驅(qū)動(dòng)模式[2]。前者比較適合集成在本機(jī)上的設(shè)備，后者則通常用在用戶(hù)添加的外圍設(shè)備上。本文討論的矩陣鍵盤(pán)作為一種外圍設(shè)備適合采用流驅(qū)動(dòng)模式。

　　3.2  矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)加載過(guò)程

　　Windows CE.Net系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)默認(rèn)啟動(dòng)DEVICE.EXE進(jìn)程。DEVICE.EXE就是負(fù)責(zé)加載所有流驅(qū)動(dòng)的，進(jìn)程對(duì)流驅(qū)動(dòng)的加載通過(guò)注冊(cè)表列舉器（RegEnum.dll）來(lái)實(shí)現(xiàn)。鍵盤(pán)的資源信息由OEM適配層（OAL）記錄在注冊(cè)表中，RegEnum.dll是通過(guò)掃描注冊(cè)表項(xiàng)HKEYLOCALMACHINEDriversBuiltInPWRBUTTON下的鍵值對(duì)矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行初始化的。注冊(cè)表中關(guān)于矩陣鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的注冊(cè)信息如下：
[HKEY_LOCAL_MACHINEDriversBuiltInPWRBUTTON]
Prefix=PWR//設(shè)備文件名前綴
Dll=PwrButton.Dll//鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)名
Order=dword:2//鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)加載順序
Ioctl=dword:4